JP4125657B2 - Displacement correction method for rotating spindle - Google Patents
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Description
本発明は、回転中の主軸において生ずる発熱に対応して主軸の先端における作動部位につき、必要な補正を行う方法に関するものである。 The present invention relates to a method for performing a necessary correction for an operating part at the tip of a main shaft in response to heat generated in the rotating main shaft.
主軸が回転する場合には、ボールベアリングによる軸受部、及び駆動モータとの接続部等の発熱部における発熱によって、主軸が加熱され、当該加熱を原因として、主軸の先端における作動部の軸方向の位置がそれぞれ変化する。 When the main shaft rotates, the main shaft is heated by the heat generated in the heat generating portion such as the bearing portion by the ball bearing and the connection portion with the drive motor, and due to the heating, the axial direction of the working portion at the tip of the main shaft Each position changes.
上記位置の変化は、通常熱変位と称されており、従来当該熱変位を防止するために、主軸及びその周辺部をクーラーによって冷却することが行われているが、このような方法では熱変位を完全に消滅することはできない。 The change in the position is usually referred to as thermal displacement. Conventionally, in order to prevent the thermal displacement, the main shaft and its periphery are cooled by a cooler. Cannot disappear completely.
このような状況に鑑み、従来、発熱部又はその近傍にて温度測定を行い、測定された温度に基づいて予め設定した熱変位に関する数式によって熱変位量を算出し、当該算出値に基づいて主軸の先端にしている作動部の位置を補正することが行われている。 In view of such a situation, conventionally, temperature measurement is performed at or near the heat generating portion, and the amount of thermal displacement is calculated by a mathematical formula relating to the thermal displacement set in advance based on the measured temperature, and the spindle is calculated based on the calculated value. The position of the operating part at the tip of the head is corrected.
本来、主軸の変位は、決して発熱部及びその近傍の温度変化のみに対応して変化する訳ではない。 Originally, the displacement of the main shaft does not change in response to only the temperature change in the heat generating portion and its vicinity.
このような状況を反映して、従来技術による方法では、発熱部又はその近傍の位置の測定温度を入力温度として、所定の数式によって熱変位を算出しているが、如何に複雑な数式を採用したところで、前記数式に基づいて演算を行うコンピュータに対する入力温度が発熱部又はその近傍の位置の温度に限定されている以上、熱変位を正確に算出することは、困難である。 Reflecting this situation, in the method according to the prior art, the thermal displacement is calculated by a predetermined mathematical formula using the measured temperature at the heat generating part or the vicinity thereof as the input temperature, but how complicated the mathematical formula is adopted. By the way, it is difficult to accurately calculate the thermal displacement as long as the input temperature to the computer that performs the calculation based on the mathematical formula is limited to the temperature of the heat generating portion or the vicinity thereof.
他方、主軸の回転速度に応じて、先端における作動部の変位を算出し、当該変位に基づいて、先端の作動部の位置を補正する方法も提唱されている。 On the other hand, a method of calculating the displacement of the working portion at the tip according to the rotational speed of the main shaft and correcting the position of the working portion at the tip based on the displacement has been proposed.
確かに主軸の回転数と主軸自体における発熱温度とは相関関係を有しているが、先端の作動部の変位を直接支配するのは、回転数ではなく、主軸に対する全体の加熱温度であることを考慮するならば、前記回転数を基準とする補正方法もまた、精度において不十分である。 Certainly, the rotational speed of the spindle and the heat generation temperature in the spindle itself have a correlation, but it is not the rotational speed but the overall heating temperature for the spindle that directly controls the displacement of the working part at the tip. Is taken into consideration, the correction method based on the rotational speed is also insufficient in accuracy.
本発明が解決しようとする課題は、主軸全体における温度状況を可能な限り正確に反映させた状態にて、変位を算出し、先端部における作動部の位置の補正を実現することを課題とするものである。 The problem to be solved by the present invention is to calculate the displacement in a state in which the temperature condition in the entire main shaft is reflected as accurately as possible, and to realize the correction of the position of the operating part in the tip part. Is.
前記課題を解決するため、本発明の基本構成は、主軸が回転する段階における主軸外の発熱部の位置、又はその近傍であって、当該発熱部と概略同様の温度変化を感知し得る位置の何れか、又は全てに、単数又は複数の温度センサを設置すると共に、前記発熱部から所定の距離を隔てることによって、当該発熱部の温度変化に対し、所定の時間遅れを伴い、かつ変容した温度変化の状態にて感知し得るような位置に、単数又は複数個の温度センサを設置し、前記発熱部の位置又はその近傍の位置における温度センサによる入力温度(Ti:絶対温度を基準とする。以下の温度表示もまた同一である)、及び前記発熱部から所定の距離を隔てている位置における温度センサによる入力温度(Ti’:絶対温度を基準とする。以下の温度表示においても同様である。)に対応する軸方向の推定変位(ΔX)を下記の線形による数式によって設定し、前記数式における定数(a0)、及び各係数(ai、ai’)を事前の各温度センサによる入力温度(Ti、Ti’)の組み合わせに対応した実際の軸方向の変位(ΔX)の測定値に基づいて算出し、かつコンピュータのメモリに記録させておき、回転時に順次変化する温度センサによる入力温度(Ti、Ti’)に対応して、順次軸方向の変位(ΔX)を下記数式に基づいて所定の時間経過毎に、コンピュータによって算出し、当該変位量(ΔX)だけ、主軸が作動する先端における軸方向の位置を調整することによる回転主軸の変位補正方法において、回転主軸の軸方向の変位に加え、回転主軸の先端に装着した工具の軸方向の刃先の変位(ΔX’)を回転速度(ω)、最も前側に位置している発熱部の位置、又はその近傍であって、当該発熱部と概略同様の温度変化を感知し得る位置に設けた温度センサによる入力温度(T)に基づいて下記の式を設定し、定数(c)、及び係数(k)については、事前の前記各温度センサによる入力温度(T)に対する実際の刃先の変位(ΔX’)の測定値に基づいて算出したうえで、コンピュータメモリに記録し、回転時には順次変化する前記回転速度(ω)と前記発熱部による入力温度(T)との積に対応して、工具の刃先の変位(ΔX’)を下記数式に基づいて所定の時間経過毎に、コンピュータによって算出し、当該変位分(ΔX’)だけ、主軸の位置を更に調整することに基づく回転主軸の変位補正方法からなる。
記
Record
本発明においては、熱変位以外の回転自体に伴う変位、ベアリング支持部、又は駆動モータとの接続部等の発熱部における温度変化を直接反映する熱変位、及び当該発熱部から所定の距離を隔てることによって、当該発熱部の温度変化と異なる温度変化を反映している熱変位をそれぞれ加味することによって、比較的簡単な線形の数式に基づいて、相当正確に熱変位に基づく主軸の作動部の位置の補正を行うことができ、しかも軸方向において工具の刃先位置を回転速度及び温度に対応して更に一層正確に設定することが可能となる。 In the present invention, a displacement other than the thermal displacement is caused by the rotation itself, a thermal displacement that directly reflects a temperature change in a heat generating part such as a bearing support part or a connection part with a drive motor, and a predetermined distance from the heat generating part. Thus, by taking into account the thermal displacements that reflect the temperature changes different from the temperature changes of the heat generating part, it is possible to fairly accurately calculate the operating part of the main spindle based on the thermal displacements based on a relatively simple linear mathematical expression. The position can be corrected , and the cutting edge position of the tool in the axial direction can be set even more accurately according to the rotational speed and temperature.
前記解決手段の項からも明らかなように、前記基本構成は、以下のような各項目の変位に基づいて、主軸の軸方向の位置の調整を行っている。
記
ΔX=発熱部の発熱温度と無関係な項+発熱部の温度変化を直接反映する項+発熱部の
温度変化に対し時間遅れを伴い、かつ相当変容した状態にて間接的に反映する項
……(1)’
As is apparent from the section of the solution means, the basic configuration adjusts the position of the main shaft in the axial direction based on the displacement of each item as follows.
ΔX = A term that is not related to the heat generation temperature of the heat generating part + A term that directly reflects the temperature change of the heat generating part + A term that is indirectly reflected in a state of considerable change with time delay with respect to the temperature change of the heat generating part
...... (1) '
前記(1)'式の意義について説明する。 The significance of the formula (1) ′ will be described.
図3に示すように、主軸1は、少なくとも2ヶ所のベアリングを介した支持部、及び後端の1ヶ所の駆動モータ3との接続部等において発熱が生じており、当該発熱を原因として、主軸1の先端における作動部の熱変位が生ずる。
As shown in FIG. 3, the
しかしながら、主軸1における前記熱変位は、決して発熱部の温度変化のみによって直接規律される訳ではない。
However, the thermal displacement in the
実際に、主軸1を回転した場合の先端の作動部の変位は、図1(a)に示すように、回転開始(t=0の時刻)と共に、一度パルス的に後退する方向の変位が生じ、回転終了の段階(t=t0の時刻)に、逆にパルス的に前進する方向の変位が生じている(尚、図1(a)では、後退する方向を+方向とし、前進する方向を−方向に設定しているが、主軸1の先端の位置を補正する場合には、主軸1の後退が生じた場合には、先端の位置を前進させるので、後退する方向をプラスとしていることから、前記のような設定を行っている。)。
Actually, the displacement of the working part at the tip when the
他方、前記のような各パルス的な変位とは別に、主軸1が回転開始と共に順次伸長することによって前進する方向に変位し、回転開始後所定の時間にて当該変位状態は概略一定となり、回転終了後において発熱部位の温度が速やかに下降するにも拘らず、主軸1を縮小する方向における変位状態は、図1(a)に示すように、発熱部の温度低下よりも時間遅れを伴って、相当緩慢に縮小することによって後退している。
On the other hand, apart from the pulse-like displacements as described above, the
上記のように、回転開始及び回転終了時においてパルス的な変化が生じているのは、主軸1の回転の有無によって段階的な変化が生じているものと考えられ、主軸1の変位としては、図1(b)のラインA0に示すように、回転自体を原因として、当初後退する方向に変位し、回転終了後元の位置に戻るような変位と、図1(b)のBのラインに示すように、発熱を原因として回転開始後順次伸長によって前進し、所定時間を経過後、略一定となり、回転終了後順次縮小によって後退するような変位との2つの要因に区分することが可能である。
As described above, the pulse-like change at the start and end of rotation is considered to be caused by a step change depending on the presence or absence of rotation of the
そして前記(1)式において、第1項の補正係数a0は、ラインA0に示すような回転自体に基づく変位(但し、主軸が回転し得る時期のみに限定される。)に由来しており、その余の第2項及び第3項は、ラインBに示すような発熱による変位(但し、主軸の回転が終了した後においても変位している。)に由来している。 In the equation (1), the correction coefficient a 0 of the first term is derived from the displacement based on the rotation itself as shown by the line A 0 (however, it is limited only to the time when the main shaft can rotate). cage, the remaining second and third terms of are derived from the displacement due to heat generation as shown in line B (provided that the rotation of the main shaft is also displaced in after completion.).
発熱部の温度は、回転終了後速やかに低下(減衰)するにも拘らず、主軸1の変位の縮小、即ち低下の度合いが緩慢であるのは、主軸1における温度が、単に発熱部位の温度変化と同じように変化するのではなく、その周辺部と同じように、発熱部の温度変化よりも遅れ、しかも当該温度変化を変容した状態にて変化する要因を有していることを示している。
Although the temperature of the heat generating portion decreases (decays) immediately after the end of rotation, the displacement of the
前記(1)式における第2項の
これに対し、前記(1)式における第3項の
前記(1)式において、第2項の発熱部の温度変化を直接反映している測定温度(Ti)の部分、及び第3項の発熱部の温度変化を時間遅れを伴って間接的に反映している測定温度(Ti’)の部分は、それぞれ図1(c)に示すように、ラインBを分解したラインA1、及びA2によって表現することができる。 In the equation (1), the temperature change of the measured temperature (T i ) that directly reflects the temperature change of the heat generation part of the second term and the temperature change of the heat generation part of the third term are indirectly related with a time delay. The portion of the reflected measurement temperature (T i ′) can be expressed by lines A 1 and A 2 obtained by disassembling line B, as shown in FIG.
前記第2項における入力温度(Ti)の数(n)及び第3項における入力温度(Ti’)の数(m)は、必ずしも複数であることを要件としている訳ではない。 The number (n) of input temperatures (T i ) in the second term and the number (m) of input temperatures (T i ′) in the third term are not necessarily required to be plural.
その根拠は、第2項において1ヶ所の発熱部の温度変化は、他の発熱部と概略同じような変化が生じており、第3項の発熱部に対し所定の時間遅れを伴って温度変化が間接的に反映する要因もまた、概ね同じような変化が生ずることから、それぞれ1ヶ所の温度入力を以って、略近似的に主軸1の熱変位を反映するような入力温度を設定できることに由来している。
The reason for this is that the temperature change of one heat generating part in the second term is almost the same as the other heat generating parts, and the temperature change with a predetermined time delay with respect to the heat generating part of the third term The factor that is indirectly reflected also causes almost the same change, so that it is possible to set an input temperature that approximately reflects the thermal displacement of the
しかしながら、各発熱部の温度変化は、正確には決して同一ではなく、また各発熱部の温度変化に基づいて、第3項のように所定の時間遅れを伴って間接的に変容した温度変化が反映する要因も様々であることから、第2項の測定温度(Ti)は、発熱部の各位置に対応して複数個設けることが好ましく、第3項の測定温度(Ti’)もまた、当該発熱部から所定の距離を以って置かれた色々な位置に基づいて、複数個採用することが好ましい。 However, the temperature change of each heating part is not exactly the same, and based on the temperature change of each heating part, there is a temperature change indirectly transformed with a predetermined time delay as in the third section. Since there are various factors to reflect, it is preferable to provide a plurality of measured temperatures (T i ) of the second term corresponding to each position of the heat generating portion, and the measured temperatures (T i ′) of the third term are also set. Moreover, it is preferable to employ a plurality based on various positions placed at a predetermined distance from the heat generating portion.
特に、発熱部から所定の距離を隔てている位置における温度センサ3を、対応する各発熱部毎のグループに区分けし、当該グループ内においてそれぞれ複数の温度センサ3を設置し、かつ各グループ内における温度センサ3の測定温度を平均したうえで、入力温度(Ti’)とすることによる実施形態は、各発熱部の温度変化に対応して、第3項の時間遅れを伴い、かつ相当変容した状態の温度変化を総合的に反映し得る点において、極めて好ましい。
In particular, the
本発明においては、前記(1)式の線形近似を採用しているが、定数(a0)、及び各係数(ai、ai’)は、事前の実験、即ち、入力温度(Ti、Ti’)につき、前記定数(a0)、及び各係数(ai、ai’)の数に相当する複数個の組み合わせを設定し、当該複数個の組み合わせに対応して、実際に生じた変位(ΔX)を測定することによって、前記(1)式に当該測定値を投入し、定数(a0)、及び各係数(ai、ai’)について、線形の連立方程式を設定し、前記定数及び各係数を算出することになる。 In the present invention, the linear approximation of the above equation (1) is adopted. However, the constant (a 0 ) and the coefficients (a i , a i ′) are determined based on prior experiments, that is, the input temperature (T i). , Ti ′), a plurality of combinations corresponding to the number of the constant (a 0 ) and each coefficient (a i , a i ′) are set, and actually generated in correspondence with the plurality of combinations. By measuring the displacement (ΔX), the measured value is input to the equation ( 1 ), and a linear simultaneous equation is set for the constant (a 0 ) and each coefficient (a i , a i ′). The constant and each coefficient are calculated.
測定温度(Ti、Ti’)の数が増えることによって、前記定数及び各係数の数が増加しても、実際の算出は、コンピュータによるマトリックス演算によって速やかに実現することができる。 Even if the number of the measurement temperature (T i , T i ′) increases and the number of the constants and each coefficient increases, the actual calculation can be realized quickly by matrix calculation by a computer.
実際の補正においては、所定の時間間隔毎の入力温度(Ti、Ti’)に対しコンピュータによって前記(1)式の計算を行い、当該計算に基づいて変位の補正を行うことになる。 In actual correction, the computer calculates the equation (1) with respect to the input temperature (T i , T i ′) at predetermined time intervals, and the displacement is corrected based on the calculation.
但し、定数a0は、主軸の回転自体に由来していることから、主軸が回転している期間においてのみ算出され、他の項目
実際の主軸1の回転操作においては、発熱が生ずるのは、前記のように、ベアリングを介して主軸1を支えている2ヶ所の支持部、及び駆動モータ3とを接続している1ヶ所の接続部であることから、測定温度は、T1、T2、T3の3個で済むことが多い。
In the actual rotation operation of the
これに対し、発熱部から所定の距離を隔て、温度変化を間接的に反映している測定温度(Ti’)については、3ヶ所の発熱部の内、駆動モータ3との接続部は、主軸1の先端から遠いため、これを省略し、2ヶ所のベアリングを介した支持部の周辺におけるに発熱温度 を間接的に反映している状態の測定温度にて間に合うことが多いことから、当該2ヶ所の支持部から所定の距離を以って隔てた位置における測定温度(T1’及びT2’)を採用することによって、相当正確に熱変位を表現することができ、前記(1)式は、
したがって、本発明においては、合計5個の温度要因であるT1、T2、T3、T1’、T2’、T3’によって予め実験によって求めた定数(a0)、及び各係数(a1、a2、a3、a1’、a2’)を採用することによって、回転自体による変位と熱変位とによる変位を算出し、当該変位の補正を行うことによって、簡略性と正確性とを両立させることができる。 Therefore, in the present invention, a constant (a 0 ) obtained in advance by experiment using T 1 , T 2 , T 3 , T 1 ′, T 2 ′, T 3 ′, which are a total of five temperature factors, and each coefficient By adopting (a 1 , a 2 , a 3 , a 1 ′, a 2 ′), the displacement due to the rotation itself and the displacement due to the thermal displacement are calculated, and by correcting the displacement, simplicity and Both accuracy can be achieved.
但し、前記の温度変化を間接的に反映している入力温度(T1’、T2’)については、2ヶ所の発熱部にグループ分けしたうえで、各発熱部のグループ毎に、複数個の温度センサ3を設置し、かつ各発熱部に対応する複数個の温度センサ3による測定温度を平均したうえで、各発熱部の温度変化を間接的に反映している入力温度(T1’、T2’)として採用する実施形態は、正確な熱変位の補正を行うために極めて好ましいことは、既に述べたとおりである。
However, the input temperatures (T 1 ′, T 2 ′) that indirectly reflect the temperature change are grouped into two heat generating parts, and a plurality of input temperatures are provided for each heat generating group.
かくして、熱変位に対応する補正は、前記(1)式の第2項及び第3項に基づき、図1(d)において、ラインB’に示すような時間変化を以って表現することが可能であり、このような熱変位に対応する補正に加えて、ラインA0’に示すような、前記(1)式の第1項である回転自体に基づく変位に対応する補正を重畳したことによる補正は、図1(e)に示すようなラインによって表現することができる。 Thus, the correction corresponding to the thermal displacement can be expressed with a time change as shown by the line B ′ in FIG. 1 (d) based on the second and third terms of the equation (1). In addition to the correction corresponding to such thermal displacement, the correction corresponding to the displacement based on the rotation itself, which is the first term of the equation (1), is superimposed as shown in the line A 0 ′. The correction by can be expressed by a line as shown in FIG.
このように、前記(1)’に示すような3個の要因を重畳したことに基づく変位の計算によって、主軸1の変位を相当正確に補正することが可能となる。
As described above, the displacement of the
前記基本構成においては、回転主軸の軸方向の変位に加え、回転主軸の先端に装着した工具4の軸方向の刃先の変位(ΔX’)を回転速度(ω)と最も前側に位置している発熱部の位置、又はその近傍であって、当該発熱部と概略同様の温度変化を感知し得る位置に設けた温度センサ3による入力温度(T)との積に基づいて下記の式を設定し、定数(c)、及び係数(k)については、事前の前記各温度センサ3による入力温度(T)に対する実際の刃先の変位(ΔX’)の測定値に基づいて算出したうえで、コンピュータメモリに記録し、回転時には順次変化する前記回転速度(ωと前記発熱部による入力温度(T)に対応して、工具4の刃先の変位(ΔX’)を下記数式に基づいて所定の時間経過毎に、コンピュータによって算出し、当該変位分(ΔX’)だけ、主軸1の位置を更に調整している。
記
Record
主軸1が回転している場合に、先端における主軸1のテーパ部は、温度上昇及び回転に伴う遠心力によって膨張が生じており、当該膨張を原因として、主軸1のテーパ部が工具4に食込んだ状態となり、当該食込みによって工具4の位置は軸方向に更に変位することにならざるを得ない。
When the
前記基本構成においては、このような主軸1のテーパ部の膨張→工具4への食込み→工具4の刃先の変位による因果関係を考慮し、上記刃先の変位を補正するために、前記(4)式による変位式に基づく数式を設定したうえで、当該数式に基づく補正を行っている。
In the basic configuration, in order to correct the displacement of the cutting edge in consideration of the causal relationship due to the expansion of the tapered portion of the
前記(2)式において、第1項の定数(c)は、回転自体に伴う刃先の変位に対応しており、第2項は、図2に示すように、前記第1項の変位以外の変位による寄与部分が、回転速度(ω)及び主軸1の先端部に最も近い発熱部(通常の場合には、前側のベアリングを介したベース部2)の温度に概略比例していることに由来している。
In the equation (2) , the constant (c) of the first term corresponds to the displacement of the cutting edge accompanying the rotation itself, and the second term is other than the displacement of the first term as shown in FIG. The contribution due to the displacement is roughly proportional to the rotational speed (ω) and the temperature of the heat generating part (base part 2 via the front bearing in the normal case) closest to the tip of the
前記(2)式の定数(c)及び係数(k)の算出方法は、前記(1)式の定数(a0)、係数(ai、ai’)の算出方法と全く同様である。 The calculation method of the constant (c) and the coefficient (k) in the equation (2) is exactly the same as the calculation method of the constant (a 0 ) and the coefficients (a i , a i ′) in the equation (1).
但し、前記(2)式は、前記(1)式に重畳した状態にて、工具4の変位を呈することから、上記定数(c)及び係数(k)を算出するための事前の実験の際には、前記(1)式の定数(a0)、係数(ai、ai’)を予め、既知の数値として確定していることが効率的な実験を行ううえで好ましい。 However, since the expression (2) exhibits the displacement of the tool 4 in a state of being superimposed on the expression (1), it is necessary to perform the preliminary experiment for calculating the constant (c) and the coefficient (k). In order to perform an efficient experiment, it is preferable that the constant (a 0 ) and the coefficients (a i , a i ′) of the formula (1) are previously determined as known numerical values.
回転速度(ω)は、回転開始から終了に至るまで略一定であるが、その大きさによって前記温度(T)の大きさ及び変化の状況が左右されることを考慮するならば、前記(2)式は回転速度(ω)の複雑な関数によって表現されているものと解することも可能である。 The rotational speed (ω) is substantially constant from the start to the end of the rotation. However, considering that the magnitude of the temperature (T) and the state of change depend on the magnitude, the above (2 ) expression is possible also be interpreted as being represented by a complex function of the rotational speed (omega).
前記(2)式に立脚している前記基本構成においては、単に主軸1の軸方向の変位だけでなく、工具4の刃先の変位をも重畳して補正すること、即ち前記(1)式と(2)式とを加えることによる補正が可能となり、軸方向において工具4の刃先位置を更に一層正確に設定することが可能となる。
In the basic configuration based on the equation (2) , not only the axial displacement of the
以下実施例に従って説明する。 A description will be given below in accordance with examples.
実施例1は、発熱部の温度変化を殆ど感知せずに、主軸1の周囲における環境温度の変化を感知する単数又は複数の位置に温度センサ3を設置し、当該温度センサ3による入力温度(Ti”)をも加味したことによる推定変位(ΔX)を下記の線形式によって設定し、前記数式における定数(a0)、及び各係数(ai、ai’、ai”)を事前の各温度センサ3による入力温度(Ti、Ti’、Ti”)の組み合わせに対応した実際の軸方向の変位(ΔX)の測定値に基づいて算出し、かつコンピュータのメモリに記録させておき、回転時に順次変化する温度センサ3による入力温度(Ti、Ti’、Ti”)に対応して、順次軸方向の変位(ΔX)を下記数式に基づいて所定の時間経過毎に、コンピュータによって算出し、当該変位量(ΔX)だけ、主軸1が作動する先端の位置を調整することを特徴としている。
記
Record
実際の主軸1の変位においては、発熱部による温度変位だけでなく、当該発熱温度とは無関係の環境温度によっても左右されることから、実施例1においては、前記(1)”式を採用している。
Since the actual displacement of the
発熱温度を殆ど感知せずに、主軸1の温度に影響する環境温度としては、主軸1を下方から支えているベース部2の各温度、更には部屋の室温等が該当している。
The environmental temperature that hardly affects the temperature of the
実施例1においては、これらの環境温度について単数又は複数の測定温度を採用し、前記(1)”式の第4項として更に加えているが、前記(1)”式の定数(a0)、及び各係数(ai、ai’、ai”)の算出方法は、前記(1)式の定数及び各係数の算出方法と全く同様である。 In the first embodiment, one or a plurality of measured temperatures are adopted for these environmental temperatures, and are further added as the fourth term of the formula (1) ". The constant (a 0 ) of the formula (1)" is used. , And the calculation method of each coefficient (a i , a i ′, a i ″) are exactly the same as the constant and the calculation method of each coefficient in the equation (1).
前記(1)”式を採用している実施例1においては、発熱温度とは別に環境温度をも変位に反映させ、更に正確な軸方向の位置の補正を実現することができる。 In the first embodiment that employs the expression (1) ", the environmental temperature can be reflected in the displacement in addition to the heat generation temperature, and more accurate axial position correction can be realized.
実施例2は、主軸1が回転する段階における主軸1外の発熱部の位置、又はその近傍であって、当該発熱部と概略同様の温度変化を感知し得る位置の何れか、又は全てに、単数又は複数の温度センサ3を設置すると共に、前記発熱部から所定の距離を隔てることによって、当該発熱部の温度変化に対し、所定の時間遅れを伴い、かつ変容した温度変化の状態にて感知し得るような位置に、単数又は複数個の温度センサ3を設置し、前記発熱部の位置又はその近傍の位置における温度センサ3による入力温度(Ti)、及び前記発熱部から所定の距離を隔てている位置における温度センサ3による入力温度(Ti’)に対応する軸方向と直交する方向の推定変位(ΔY)を下記の線形による数式によって設定し、前記数式における定数(b0)、及び各係数(bi、bi’)を事前の各温度センサ3による入力温度(Ti、Ti’)の組み合わせに対応した実際の軸方向と直交する方向の変位(ΔY)の測定値に基づいて算出し、かつコンピュータのメモリに記録させておき、回転時によって順次変化する温度センサ3による入力温度(Ti、Ti’)に対応して、順次軸方向と直交する方向の変位(ΔY)を下記数式に基づいて所定の時間経過毎に、コンピュータによって算出し、当該変位量(ΔY)だけ、主軸1が作動する先端における軸方向と直交する方向の位置を調整することを軸方向の変位の補正に重畳することを特徴としている。
記
(但し、b0については、主軸が回転している時間だけ算出し、残りの項は、主軸の回転が終了した後においても、Ti、Ti’がそれぞれ測定し得る期間算出することによって、前記ΔYの補正を算出するものとし、nは、発熱部の位置、又はその近傍であって、当該発熱部と概略同様の温度変化を感知し得る位置に設けた温度センサ3による入力温度(Ti)の数を示し、mは、前記発熱部から所定の距離を隔てることによって、当該発熱部の温度変化に対し、所定の時間遅れを伴い、かつ変容した温度変化の状態にて感知し得る位置に設けた温度センサ3による入力温度(Ti’)の数を示す。)
In the second embodiment, the position of the heat generating portion outside the
Record
(However, b 0 is calculated only for the time during which the main shaft is rotating, and the remaining terms are calculated by calculating periods during which T i and T i ′ can be measured even after the main shaft has been rotated. The correction of ΔY is calculated, and n is an input temperature (
図1のような変位は、単に軸方向だけでなく、ベース部2の支持に基づく主軸1の軸方向と直交する方向の変位を反映している。
The displacement as shown in FIG. 1 reflects not only the axial direction but also a displacement in a direction perpendicular to the axial direction of the
即ち、軸方向と直交する方向についても、
ΔY=発熱部の発熱温度と無関係な項+発熱部の温度変化を直接反映する項+発熱部の
温度変化に対し時間遅れを伴い、かつ相当変容した状態に間接的にて反映する項
の各要因のように、変位が生じていることから、前記(3)式のような一般式によって熱変位を算定し、当該算定値に基づく高さ方向の補正を行うことになる。
That is, for the direction orthogonal to the axial direction,
ΔY = a term that is unrelated to the heat generation temperature of the heat generating part + a term that directly reflects the temperature change of the heat generating part + each term that is indirectly reflected in the state with a time delay with respect to the temperature change of the heat generating part. Since the displacement has occurred as a factor, the thermal displacement is calculated by a general expression such as the above expression (3) , and correction in the height direction based on the calculated value is performed.
前記(3)式の定数(b0)、及び各係数(bi、bi’)の算出方法は、前記(1)式の定数及び各乗数の算出方法と全く同一である。 The calculation method of the constant (b 0 ) and the coefficients (b i , b i ′) in the equation (3) is exactly the same as the calculation method of the constants and the multipliers in the equation (1).
前記(3)式に立脚している実施例2の場合には、軸方向の変位に加え、軸方向と直交する方向の変位をも補正することが可能となり、主軸1による工具4の作動位置を極めて正確な位置に設定することができる。
In the case of the second embodiment based on the expression (3), it is possible to correct not only the axial displacement but also the displacement in the direction orthogonal to the axial direction, and the operating position of the tool 4 by the
尚、前記(3)式においても、前記(1)”式と同じように、発熱温度と無関係な環境温度を加味した式を設定し、環境温度による変化を反映させることは、当然可能である。 In the equation (3), as in the equation (1) ", it is naturally possible to set an equation that takes into account the environmental temperature that is irrelevant to the heat generation temperature and reflect the change due to the environmental temperature. .
実施例3は、主軸1が回転する段階における主軸1外の発熱部の位置、又はその近傍であって、当該発熱部と概略同様の温度変化を感知し得る位置の何れか、又は全てに、単数又は複数の温度センサ3を設置すると共に、前記発熱部から所定の距離を隔てることによって、当該発熱部の温度変化に対し、所定の時間遅れを伴い、かつ変容した温度変化の状態にて感知し得るような位置に、単数又は複数個の温度センサ3を設置し、前記発熱部の位置又はその近傍の位置における温度センサ3による入力温度(Ti)、及び前記発熱部から所定の距離を隔てている位置における温度センサ3による入力温度(Ti’)に対応する高さ方向の推定変位(ΔZ)を下記の線形による数式によって設定し、前記数式における定数(c0)、及び各係数(ci、ci’)を事前の各温度センサ3による入力温度(Ti、Ti’)の組み合わせに対応した実際の高さ方向の変位(ΔZ)の測定値に基づいて算出し、かつコンピュータのメモリに記録させておき、回転時によって順次変化する温度センサ3による入力温度(Ti、Ti’)に対応して、順次高さ方向の変位(ΔZ)を下記数式に基づいて所定の時間経過毎に、コンピュータによって算出し、当該変位量(ΔZ)だけ、主軸1が作動する先端における高さ方向の位置を調整することを軸方向の変位の補正に重畳することを特徴としている。
記
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図1のような変位は、単に軸方向だけでなく、ベース部2の支持に基づく主軸1の高さ方向の変位を反映している。
The displacement shown in FIG. 1 reflects not only the axial direction but also the displacement of the
即ち、高さ方向についても、
ΔZ=発熱部の発熱温度と無関係な項+発熱部の温度変化を直接反映する項+発熱部の
温度変化に対し時間遅れを伴い、かつ相当変容した状態に間接的にて反映する項
の各要因のように、変位が生じていることから、前記(4)式のような一般式によって熱変位を算定し、当該算定値に基づく高さ方向の補正を行うことになる。
That is, in the height direction,
ΔZ = a term irrelevant to the heat generation temperature of the heat generating part + a term that directly reflects the temperature change of the heat generating part + each term of the term that is indirectly reflected in the state with a time delay with respect to the temperature change of the heat generating part. Since the displacement has occurred as a factor, the thermal displacement is calculated by the general formula such as the above formula (4) , and the correction in the height direction based on the calculated value is performed.
前記(4)式の定数(c0)、及び各係数(ci、ci’)の算出方法は、前記(1)式の定数及び各乗数の算出方法と全く同一である。 The calculation method of the constant (c 0 ) and the respective coefficients (c i , c i ′) in the equation (4) is exactly the same as the calculation method of the constant and each multiplier in the equation (1).
前記(4)式に立脚している実施例3の場合には、軸方向の変位に加え、高さ方向の変位をも補正することが可能となり、主軸1による工具4の作動位置を極めて正確な位置に設定することができる。
In the case of the third embodiment based on the formula (4), it is possible to correct the displacement in the height direction in addition to the displacement in the axial direction, and the operation position of the tool 4 by the
尚、前記(4)式においても、前記(1)”式と同じように、発熱温度と無関係な環境温度を加味した式を設定し、環境温度による変化を反映させることは、当然可能である。 In the equation (4), as in the equation (1) ", it is naturally possible to set an equation that takes into account the environmental temperature that is irrelevant to the heat generation temperature and reflect the change due to the environmental temperature. .
本発明は、先端に工具を保持している主軸の回転に基づく工作機械の分野において主軸先端の正確な変位補正に利用することができる。 The present invention can be used for accurate displacement correction of the spindle tip in the field of machine tools based on rotation of the spindle holding a tool at the tip.
1 主軸
2 ベース部
3 駆動モータ
4 工具
5 温度センサ
6 オイル供給部
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